CN105773631B - 一种输配电系统绝缘子维保机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输配电系统绝缘子维保机器人，包括固定部、调整部、直角部、伸缩部、定位部、液压动力部、监测部、控制部和机载装置，其特征在于：所述固定部、调整部和直角部共两套与伸缩部的前后两端连接。所述固定部与调整部连接，固定部通过调整部相对于直角部转动。直角部与伸缩部连接。伸缩部顶端固定有定位部。液压动力部共三个。监测部固定于固定部侧面。控制部对机器人进行动作和姿态控制。并与无人机通讯。机载装置固定在无人机下端。本发明可实现自动化操作，降低维保人员的安全风险，提高作业效率。

Description

一种输配电系统绝缘子维保机器人

技术领域

本发明涉及一种维保机器人，特别是涉及一种输配电系统绝缘子维保机器人。

背景技术

绝缘子串指两个或多个绝缘子组合在一起，柔性悬挂导线的组件。用于悬挂导线并使导线与杆塔和大地绝缘。绝缘子广泛的运用于输电配电系统中，在电力网络中发挥着重要作用。电力公司每年会对网络内的绝缘子串进行维保，包括检查、擦洗、更新维护等作业。个别环境较条件不理想的地方，绝缘子每半年就会进行一次维保。

传统方式的绝缘子维保需要电力作业人员人工爬到基塔上，对绝缘子进行目视检查、擦洗，或采用地面望远镜目视观察的方式进行绝缘子检查。目前，已经出现部分可自动对绝缘子串进行检查的设备，但是自动化程度不够高，仍需要维保人员带设备爬到高空中，安放设备进行检查，安放过程复杂，安全风险高。

综合上述情况，现需要一种方便维保人员对输配电系统的绝缘子串进行自由检查维保，安全风险小，检查方便，检查范围大的输配电系统绝缘子维保机器人。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种输配电系统绝缘子维保机器人。

本发明所采用的技术方案是：一种输配电系统绝缘子维保机器人，包括固定部、调整部、直角部、伸缩部、定位部、液压动力部、监测部、控制部和机载装置。所述固定部、调整部和直角部共两套与伸缩部的前后两端连接。所述固定部与调整部连接，固定部通过调整部相对于直角部转动。直角部与伸缩部连接，可相对于伸缩部转动。伸缩部顶端固定有定位部。定位部为无人机连接的装置，将机器人释放或回收。液压动力部为固定部和伸缩部提供动力。监测部固定于固定部侧面，实时监测绝缘子的状态。控制部对机器人进行动作和姿态控制。并与无人机协调，实现机器人的释放和回收。所述机载装置固定在无人机下端，机载装置通过定位部与维保机器人定位。

所述固定部夹持绝缘子，上端与调整部连接，侧面固定有监测部。

所述固定部包括固定基座、方轴缸、方轴弹簧、连接盒、连接上盖、压力传感器、固定手、测距传感器和连接盒弹簧。

所述固定基座为拱形，两端有两个圆通孔，通过圆通孔与两个方轴缸固定。所述基座顶端有圆通孔。所述固定基座在夹持状态时，与绝缘子串的方向垂直。所述固定基座侧面固定有基板。

所述方轴缸为液压缸，方轴缸的缸体与固定基座固定，方轴缸的活塞杆与连接盒固定。所述液压缸体的活塞缸截面为方形，方轴缸的活塞杆为截面为方形。

所述方轴弹簧一端与连接盒固定，另一端与方轴缸固定。

所述连接盒一端与方轴缸的活塞杆固定，另一端有两个半圆形孔，插入固定手的两个轴。所述连接盒上端与连接上盖固定。

所述压力传感器置于连接盒内，一个连接盒内有两个压力传感器。

所述固定手前端为弧形抓手面。

所述抓手面正中央固定有测距传感器并与控制部连接。

所述测距传感器固定在抓手面的正中央，与控制部连接，不断将检测的数值传输至控制部。本实施例中，所述测距传感器共四个，固定在固定手的抓手面上。

所述调整部包括调整齿轮轴、调整轴承、固定盖、舵机。所述调整齿轮轴中央为齿轮，上端与直角部的支撑杆固定，下端与调整轴承的内壁过盈配合。所述调整齿轮轴可相对于固定部的固定基座发生转动。所述调整轴承与固定部固定基座上端固定。

所述固定盖与调整齿轮轴的下端固定。

所述舵机与控制部连接，舵机输出轴的齿轮与调整齿轮轴的齿轮啮合。

所述直角部包括支撑杆、支撑耳、直角齿轮、蜗杆、蜗杆座、齿轮传动盒、电机和限位开关。

所述支撑杆顶端左右两侧各固定一个支撑耳，每个支撑耳上固定有一个限位开关。所述支撑杆下端与调整部的调整齿轮轴固定。所述支撑杆侧面固定有一个液压动力部，为该支撑杆下方的固定部提供动力。

所述支撑耳下端有安装孔，与支撑杆固定，支撑耳上部有方形孔，与直角齿轮的方形轴部分过盈配合，进而将直角齿轮与支撑耳固定。所述支撑耳中部有限位开关。蜗杆座与支撑杆夹角为90度时，一号位开关被蜗杆座触碰闭合。蜗杆座与支撑杆夹角为270度时，二号限位开关被蜗杆座触碰闭合。

所述直角齿轮与蜗杆为蜗轮蜗杆传动。直角齿轮两端有方形轴，进而与支撑耳固定，最终与支撑杆固定。所述方形轴的外侧有圆柱轴，圆柱轴与轴承的内圈固定，轴承的外圈与蜗杆座固定。在直角齿轮和蜗轮的传动下，蜗杆座相对于支撑杆转动。转动范围为90度至270度。

所述蜗杆两端通过轴承与蜗杆座连接，靠近齿轮传动盒一端的蜗杆末端固定有齿轮，齿轮与齿轮传动盒内的齿轮为齿轮传动。

所述蜗杆座两个凸起处有孔，通过轴承与直角齿轮连接。所述蜗杆座侧面通过轴承与蜗杆连接，其中一侧固定有齿轮传动盒。所述蜗杆座顶面固定有电机，蜗杆座与伸缩部固定。

所述齿轮传动盒固定于蜗杆座一侧，将电机输出转动通过齿轮啮合的方式传输至蜗杆。

所述电机与控制部连接，控制部控制电机转动，电机的输出轴通过齿轮传动盒将转动传递至蜗杆，蜗杆转动，进而使蜗杆座与支撑杆的相对位置变化，最终使伸缩部和固定部的角度位置关系。

一个直角部包含两个限位开关，分别为一号限位开关和二号限位开关。

所述伸缩部包括一号伸缩座、伸缩弹簧、液压缸、底座和二号伸缩座。

所述一号伸缩座一端与两个液压缸的缸体固定，另一端与主腿固定。

所述二号伸缩座一端与两个液压缸的活塞杆和两个弹簧固定，另一端与副腿固定。

所述伸缩弹簧一端与一号伸缩座固定，另一端与液压缸的缸体固定。所述液压缸内注入液体，活塞杆伸出，液压缸液体被抽出，活塞杆在弹簧的作用力下被来回。

所述液压缸共两个，并排分布。所述液压缸的下侧面固定有底座，上侧面固定有定位部。

所述底座固定于液压缸的下侧面。底座下侧面固定有一个液压动力部，该液压动力部为伸缩部的两个液压缸提供动力。所述底座下面固定有控制部。

所述定位部包括定位基座和圆形永磁铁。所述定位基座下表面与两个液压缸侧面固定，上部为圆盘形，圆盘的上表面固定有圆形永磁铁。

所述机载装置包括：机载架、电磁铁、触碰开关、齿轮手、机载电机和摄像头。所述机载架固定于无人机下部，电磁铁为环形，固定于机载架的正下方，触碰开关固定于机载架下方的正中央，机载电机共三个，固定于机载架的三个凸起处。电磁铁、触碰开关、机载电机与无人机的控制系统连接。

所述机载装置的电磁铁最大圆直径与定位部的圆形永磁铁直径相同，极性相反，电磁铁通电时，二者相互吸引。

所述齿轮手为“C”形，一端有齿轮，机载电机的输出轴与齿轮手通过齿轮啮合传动。无人机的控制系统控制机载装置三个电机转动，三个齿轮手扣住定位部的定位基座，此时齿轮手为锁扣状态；无人机的控制系统控制机载装置三个机载电机转动，三个齿轮手转动，离开定位部的定位基座，此时齿轮手为解扣状态。

机载装置的三个摄像头将拍摄的画面实时传输至无人机飞控系统，通过图传模块传输至地面站。

所述液压动力部为固定部和伸缩部提供液压动力。所述液压动力部共三个，结构相同。所述液压动力部包括动力部缸、活塞丝杆、动力部轴承、动力部齿轮、缸盖和动力部电机。

所述动力部缸侧面有两个圆通孔，通过圆通孔将液体输入或输出。所述动力部缸侧面有安装孔，另一侧面固定有动力部电机，所述动力部缸一端封闭，另一端与缸盖固定。所述动力部缸内组成空腔，活塞丝杆在空腔内滑动。对空腔内的液体进行作用。

所述活塞丝杆一端为活塞，在动力部缸内运动，另一端为丝杆，丝杆与动力部齿轮内为螺纹连接。所述动力部齿轮转动，进而使丝杆移动，压缩或增大空腔内的液体体积。

所述动力部轴承外壁与缸盖过盈配合，内壁与动力部齿轮的圆环形凸起过盈配合。

所述动力部齿轮一侧有圆环形凸起，动力部齿轮中央为螺纹孔，螺纹与活塞丝杆配合动力部齿轮转动，活塞丝杆在动力部缸的空腔内滑动。

所述缸盖中央有圆孔，与动力部轴承外壁过盈配合。所缸盖与动力部缸固定。

所述动力部电机与控制部连接，固定在动力部缸的侧面。

所述控制部包括通讯模块、电源组、电机驱动模块和传感器处理模块。控制部通过传感器处理模块监测各传感器数值，通过电机驱动模块对维保机器人的姿态进行控制，通过通讯模块与无人机的控制系统及地面站进行通讯。

所述控制部的电机驱动模块对三个动力部电机、两个直角部电机、两个调整部舵机连接。所述控制部通过传感器处理模块读取八个压力传感器和四个测距传感器的数值。

为便于对维保机器人控制部进行表述，将维保机器人分为主腿、副腿和伸缩部。主腿与伸缩部的一号伸缩座固定，副腿与二号伸缩座固定。主腿和副腿分别包括一个固定部，一个调整部，一个直角部和一个液压动力部。主腿与伸缩部的夹角为α，副腿与伸缩部的夹角为β。伸缩部的液压缸活塞杆顶端到液压缸底部的距离为L。

α＝90°动作：主腿直角部电机正转直至主腿的一号限位开关为闭合状态，电机停转，α＝90°；

α＝270°动作：主腿直角部电机反转直至主腿的二号限位开关为闭合状态，电机停转，α＝270°；

β＝90°动作：副腿直角部电机正转直至副腿的一号限位开关为闭合状态，电机停转，β＝90°；

β＝270°动作：副腿直角部电机反转直至副腿的二号限位开关为闭合状态，电机停转，β＝270°；

夹持动作：固定部的四个压力传感器值为A1、A2、A3、A4，|A1-A2|＜i且|A3-A4|＜i；若否，则L＝L+ΔL；再判断。

控制部控制维保机器人进行作业的方法如下：

(1)维保机器人处于上电状态位于地面，α＝β＝180°，机载装置电磁铁通电，与定位部吸引，齿轮手处于锁扣状态锁扣定位基座，触碰开关为闭合状态，主腿、副腿的固定部均为放松状态；

(2)控制下无人机升空高度H，无人机控制系统向维保机器人控制部通讯，维保机器人主腿进行α＝90°动作，副腿进行β＝90°动作；

(3)操作无人机飞至绝缘子串的正上方，将主、副腿的固定部飞至绝缘子串的最细部，固定部的测距传感器检测到两个固定手之间且距离值同时变小)，控制部对主、副腿的固定部的液压动力部的动力部电机进行转动控制，固定部的固定手夹住绝缘子串。控制部与无人机控制系统通讯，对机载装置的三个电机进行控制，齿轮手处于解扣状态，同时无人机控制系统对电磁铁断电，地面飞控手操作无人机飞离；

(4)α＝β＝90°，固定部的摄像头对主、副腿之间的绝缘子进行拍摄，并将画面传输至地面站；

(5)通过地面站的遥控器遥控机器人前进或后退：

A、机器人前进，副腿固定部放松状态，α＝270°动作，β＝270°动作，副腿固定部夹持状态，完成前进动作；

若继续前进，主腿固定部放松状态，α＝90°动作，β＝90°动作，主腿固定部夹持状态，完成移动；若后退，副腿固定部放松状态，α＝90°动作，β＝90°动作，副腿固定部夹持状态，完成移动；

B、机器人后退，主腿固定部放松状态，α＝270°动作，β＝270°动作，主腿固定部夹持状态，完成前进动作；

若继续后退，副腿固定部放松状态，α＝90°动作，β＝90°动作，副腿固定部夹持状态，完成移动；若前进，主腿固定部放松状态，α＝90°动作，β＝90°动作，主腿固定部夹持状态，完成移动；

(6)完成检测，操控无人机飞至维保机器人上方，竖直下降一段高度，在电磁铁的磁力作用下，机载装置与定位部贴合，触碰开关闭合，齿轮手处于锁扣状态，操控无人机将维保机器人飞离已检测绝缘子串，飞向下个待检测绝缘子串，并重复(3)至(6)步骤。

(7)检测完毕，操作无人机将维保机器人带至地面。

本发明的有益效果是：与传统的绝缘子维保设备相比，本发明具有以下有益效果：

(1)全自动化的操作，可便捷、快速的对输配电各系统的绝缘子串进行监测；

(2)无需人工爬上基塔安装任何设备，只需在地面进行控制，并对所检测的数据、图像进行分析，降低维保人员的安全风险；

(3)可实现大范围的遥控维保检测，无需将设备和人移动至被检测基塔下方,维保人员可站在固定位置进行操作，并通过地面站接收信息，特别适用于基塔所在地地势险要，环境因素造成的安全隐患较大的地方。

附图说明

图1为本发明的整体示意图；

图2为本发明的固定部示意图；

图3为本发明的连接盒安装示意图；

图4为本发明的调整部结构示意图；

图5为本发明的直角部结构图；

图6为本发明的直角部限位开关安装位置示意图；

图7为本发明的伸缩部示意图；

图8为本发明的机载装置示意图；

图9为本发明的液压动力部示意图。

图10为本发明液压动力部与固定部连接示意图。

图11为本发明液压动力部与伸缩部连接示意图。

图12为本发明使用示意图。

图中：

1、固定部；101、固定基座；102、方轴缸；103、方轴弹簧；104、连接盒；105、连接上盖；106、压力传感器；107、固定手；108、测距传感器；109、连接盒弹簧；2、调整部；201、调整齿轮轴；202、调整轴承；203、固定盖；204、舵机；3、直角部；301、支撑杆；302、支撑耳；303、直角齿轮；304、蜗杆；305、蜗杆座；306、齿轮传动盒；307、电机；308a、一号限位开关；308b、二号限位开关；4、伸缩部；401、一号伸缩座；402、液压缸；403、伸缩弹簧；404、底座；405、二号伸缩座；5、定位部；501、定位基座；502、圆形永磁铁；6、液压动力部；601、动力部缸；602、活塞丝杆；603、动力部轴承；604、动力部齿轮；605、缸盖；606、动力部电机；7、监测部；8、控制部；9、机载装置；901、机载架；902、电磁铁；903、触碰开关；904、齿轮手；905、机载电机；906、摄像头。

具体实施方式

如图1所示：一种输配电系统绝缘子维保机器人，包括固定部1、调整部2、直角部3、伸缩部4、定位部5、液压动力部6、监测部7、控制部8和机载装置9。固定部1、调整部2和直角部3共两套与伸缩部4的前后两端连接。固定部1与调整部2连接，固定部1通过调整部2相对于直角部3转动。直角部3与伸缩部4连接，可相对于伸缩部4转动。伸缩部4顶端固定有定位部5。定位部5为无人机连接的装置，将机器人释放或回收。液压动力部6为固定部1和伸缩部4提供动力。监测部7固定于固定部1侧面，实时监测绝缘子的状态。控制部8对机器人进行动作和姿态控制。并与无人机协调，实现机器人的释放和回收。机载装置9固定在无人机下端，机载装置9通过定位部5与维保机器人定位。固定部1夹持绝缘子，进而保持平衡姿态。固定部1上端与调整部2连接，固定部1侧面固定有监测部7。

如图2所示：固定部1包括固定基座101、方轴缸102、方轴弹簧103、连接盒104、连接上盖105、压力传感器106、固定手107、测距传感器108和连接盒弹簧109。固定基座101为拱形，两端有两个圆通孔，通过圆通孔与两个方轴缸102固定。基座顶端有圆通孔，进而与调整部2连接。固定基座101在夹持状态时，与绝缘子串的方向垂直。固定基座101侧面固定有基板，基板上可安装任务监测设备，本实施例中，基板上安装为摄像头906，拍摄绝缘子串的视觉画面，方便地面作业人员对绝缘子串是否进行检修，整串是否更换进行判断。方轴缸102为液压缸，方轴缸102的缸体与固定基座101固定，方轴缸102的活塞杆与连接盒104固定。液压缸402体的活塞缸截面为方形，方轴缸102内注入液体时，活塞杆向前运动，液压缸402内液体抽回时，活塞杆在方轴弹簧103的作用下被拉回原位。方轴缸102的活塞杆为截面为方形，缸体限制活塞杆的转动。方轴弹簧103一端与连接盒104固定，另一端与方轴缸102固定。

如图3所示：连接盒104一端与方轴缸102的活塞杆固定，另一端有两个半圆形孔，插入固定手107的两个轴。连接盒104上端与连接上盖105固定。安装时，将固定手107的两个轴置入连接盒104，固定连接盒弹簧109和压力传感器106，最后将连接盒104和连接上盖105固定。压力传感器106置于连接盒104内，一个连接盒104内有两个压力传感器106。压力传感器106与控制部8连接，将感知的压力数值传输至控制部8。

固定手107前端为弧形抓手面，抓手面为可发生一定形变的材料制作加工，如特种橡胶。抓手面在贴合绝缘子侧面时，会根据绝缘子侧面的形状，发生微小形变，使抓手均匀受力，并使连接盒104内的压力传感器106感受到压力变化，同时计算出两个压力传感器106的数值差，最终计算并判断该位置是否适合抓手固定。抓手面正中央固定有测距传感器108与控制部8连接，不断检测障碍物(即绝缘子位置)情况。

测距传感器108在固定手未夹持任何绝缘子时，两个测距传感器108的检测值均为固定值。夹持状态时，测距传感器108检测到两个固定手107之间的绝缘子，控制部8控制调整部2转动，两个测距传感器108感知绝缘子串相对于抓手面的位置距离，当两个测距传感器108之间的检测数值差绝对值最小时，为最适合夹持位置。测距传感器108固定在抓手面的正中央，与控制部8连接，不断将检测的数值传输至控制部8。

本实施例中，测距传感器108共四个，固定在固定手107的抓手面上。

如图4所示：调整部2包括调整齿轮轴201、调整轴承202、固定盖203、舵机204。调整齿轮轴201中央为齿轮，上端与直角部3的支撑杆301固定，下端与调整轴承202的内壁过盈配合。调整齿轮轴201可相对于固定部1的固定基座101发生转动。调整轴承202与固定部1固定基座101上端固定。固定盖203与调整齿轮轴201的下端固定，防止调整齿轮轴201在轴向脱落。舵机204与控制部8连接，舵机204输出轴的齿轮与调整齿轮轴201的齿轮啮合。舵机204在控制部8的控制下转动，从而使固定基座101相对于齿轮轴发生转动。固定基座101相对于支撑杆301的位置发生变化，最终改变固定部1的相对位置，使测距传感器108测量合适的夹持位置。

如图5和图6所示：直角部3包括支撑杆301、支撑耳302、直角齿轮303、蜗杆304、蜗杆座305、齿轮传动盒306、电机307和限位开关。

支撑杆301顶端左右两侧各固定一个支撑耳302，每个支撑耳302上固定有一个限位开关。支撑杆301下端与调整部2的调整齿轮轴201固定。支撑杆301侧面固定有一个液压动力部6。为该支撑杆301下方的固定部1提供动力。

蜗杆座305两个凸起处有孔，通过轴承与直角齿轮303连接。蜗杆座305侧面通过轴承与蜗杆304连接，蜗杆304可发生转动，其中一侧固定有齿轮传动盒306。蜗杆座305顶面固定有电机307，并与伸缩部4固定。支撑耳302下端有安装孔，与支撑杆301固定，支撑耳302上部有方形孔，与直角齿轮303的方形轴部分过盈配合，进而将直角齿轮303与支撑耳302固定。支撑耳302中部有限位开关。蜗杆座305与支撑杆301夹角为90度时，一号限位开关308a被蜗杆座305触碰闭合。蜗杆座305与支撑杆301夹角为270度时，二号限位开关308b被蜗杆座305触碰闭合。

直角齿轮303与蜗杆304为蜗轮蜗杆304传动。直角齿轮303两端有方形轴，进而与支撑耳302固定，最终与支撑杆301固定。方形轴的外侧有圆柱轴，圆柱轴与轴承的内圈固定，轴承的外圈与蜗杆座305固定。在直角齿轮303和蜗轮的传动下，蜗杆座305相对于支撑杆301转动。转动范围为90度至270度。

蜗杆304两端通过轴承与蜗杆座305连接，靠近齿轮传动盒306一端的蜗杆304末端固定有齿轮，齿轮与齿轮传动盒306内的齿轮为齿轮传动。齿轮传动盒306固定于蜗杆座305一侧，将电机307输出转动通过齿轮啮合的方式传输至蜗杆304。电机307与控制部8连接，控制部8控制电机307转动，电机307的输出轴通过齿轮传动盒306将转动传递至蜗杆304，蜗杆304转动，进而使蜗杆座305与支撑杆301的相对位置变化，最终使伸缩部4和固定部1的角度位置关系。一个直角部3包含两个限位开关，分别为一号限位开关308a和二号限位开关308b。

如图7所示：伸缩部4包括一号伸缩座401、伸缩弹簧403、液压缸402、底座404和二号伸缩座405。

一号伸缩座401一端与两个液压缸402的缸体固定，另一端与主腿固定。二号伸缩座405一端与两个液压缸402的活塞杆和两个弹簧固定，另一端与副腿固定。

伸缩弹簧403一端与一号伸缩座401固定，另一端与液压缸402的缸体固定。液压缸402内注入液体，活塞杆伸出，液压缸402液体被抽出，活塞杆在弹簧的作用力下被来回。液压缸402共两个，并排分布。液压缸402为市面上常见的标准液压缸。液压缸402的下侧面固定有底座404，上侧面固定有定位部5。

底座404固定于液压缸402的下侧面。底座404下侧面固定有一个液压动力部6，该液压动力部6为伸缩部4的两个液压缸402提供动力。底座404下面固定有控制部8。控制部8控制液压动力部6向两个液压缸402内注入液体，活塞杆伸出，一号伸缩座401和二号伸缩座405之间的距离增大。控制部8控制液压动力部6抽回液体，活塞缸在伸缩弹簧403的作用力下被拉回原位。一号伸缩座401和二号伸缩座405之间的距离减小。

如图8所示：定位部5包括定位基座501和圆形永磁铁502。定位基座501下表面与两个液压缸402侧面固定，上部为圆盘形，圆盘的上表面固定有圆形永磁铁502。

机载装置9包括：机载架901、电磁铁902、触碰开关903、齿轮手904、机载电机905和摄像头906。机载架901固定于无人机下部，电磁铁902为环形，固定于机载架901的正下方，触碰开关903固定于机载架901下方的正中央，机载电机905共三个，固定于机载架901的三个凸起处。电磁铁902、触碰开关903、机载电机905与无人机的控制系统连接。机载装置9的电磁铁902最大圆直径与定位部5的圆形永磁铁502直径相同，极性相反，电磁铁902通电时，二者相互吸引。齿轮手904为“C”形，一端有齿轮，机载电机905的输出轴与齿轮手904通过齿轮啮合传动。齿轮手904相对于机载架901转动。无人机的控制系统控制机载装置9三个机载电机905转动，三个齿轮手904扣住定位部5的定位基座501，此时齿轮手904为锁扣状态；无人机的控制系统控制机载装置9三个机载电机905转动，三个齿轮手904转动，离开定位部5的定位基座501，此时齿轮手904为解扣状态。机载装置9的三个摄像头906将拍摄的画面实时传输至无人机飞控系统，通过图传模块传输至地面站。

维保机器人位于地面准备作业时，机载装置9电磁铁902通电，并将电磁铁902与定位部5的圆形永磁铁502对准，二者相互吸引，通过磁力进行定位。机载装置9的三个机载电机905上电，齿轮手904处于锁扣状态，三个齿轮手904紧扣住定位部5的定位基座501，触碰开关903为闭合状态。启动无人机，将无人机飞向基塔的绝缘子串，维保机器人固定在绝缘子串上时，无人机的控制系统控制机载装置9的电磁铁902断电，同时控制机载电机905转动，齿轮手904处于解扣状态，维保机器人开始高空作业，无人机离开维保机器人飞回地面。

维保机器人作业完成作业时，地面飞控手操控无人机升空，同时无人机的控制系统控制电磁铁902通电。无人机飞到维保机器人上方，在电磁铁902的磁力作用下，机载装置9与定位部5贴合。此时触碰开关903碰到定位部5的定位基座501，由断开状态变为闭合状态，无人机控制系统控制机载装置9的三个机载电机905转动，三个齿轮手904紧扣住定位部5的定位基座501，齿轮手904处于锁扣状态。地面飞控手操控无人机将维保机器人由高空收回至地面，完成作业。

如图9所示：液压动力部6为固定部1和伸缩部4提供液压动力。液压动力部6共三个，结构相同。液压动力部6包括动力部缸601、活塞丝杆602、动力部轴承603、动力部齿轮604、缸盖605和动力部电机606。

动力部缸601侧面有两个圆通孔，通过圆通孔将液体输入或输出。动力部缸601侧面有安装孔，另一侧面固定有动力部电机606，动力部缸601一端封闭，另一端与缸盖605固定。动力部缸601内组成空腔，活塞丝杆602可在空腔内滑动。对空腔内的液体进行作用。活塞丝杆602一端为活塞，在动力部缸601内运动，另一端为丝杆，丝杆与动力部齿轮604内为螺纹连接。动力部齿轮604转动，进而使丝杆移动，压缩或增大空腔内的液体体积。动力部轴承603外壁与缸盖605过盈配合，内壁与动力部齿轮604的圆环形凸起过盈配合。动力部齿轮604一侧有圆环形凸起，动力部齿轮604中央为螺纹孔，螺纹与活塞丝杆602配合动力部齿轮604转动，活塞丝杆602在动力部缸601的空腔内滑动。缸盖605中央有圆孔，与动力部轴承603外壁过盈配合。所缸盖605与动力部缸601固定。动力部电机606与控制部8连接，固定在动力部缸601的侧面。动力部电机606的输出轴齿轮与动力部齿轮604啮合。

如图10和图11所示：动力部缸601通过管路与固定部1的方轴缸102(或伸缩部4的液压缸402)连接，动力部电机606在控制部8的控制下转动，动力部电机606输出轴通过齿轮传动使动力部齿轮604转动，进而使丝杆活塞平移，实现挤压或释放空腔内的液体体积，最终实现固定部1的方轴缸102(或伸缩部4的液压缸402)的轴伸出或缩短。实际安装时，限于真空技术发展，管路内会有少量气体，但气体对系统的运动具有缓冲作用，避免对绝缘子串和维保机器人本身造成刚性损伤。

控制部8包括通讯模块、电源组、电机驱动模块和传感器处理模块。控制部8通过传感器处理模块监测各传感器数值，通过电机驱动模块对维保机器人的姿态进行控制，通过通讯模块与无人机的控制系统及地面站进行通讯。控制部8的电机驱动模块对三个动力部电机606、两个直角部3电机307、两个调整部2舵机204连接。控制部8通过传感器处理模块读取八个压力传感器106和四个测距传感器108的数值。

如图12所示：为便于对维保机器人控制部8进行表述，将维保机器人分为主腿、副腿和伸缩部4。主腿与伸缩部4的一号伸缩座401固定，副腿与二号伸缩座405固定。主腿和副腿分别包括一个固定部1，一个调整部2，一个直角部3和一个液压动力部6。主腿与伸缩部4的夹角为α，副腿与伸缩部4的夹角为β。伸缩部4的液压缸402活塞杆顶端到液压缸402底部的距离为L。

α＝90°动作：主腿直角部3电机307正转直至主腿的一号限位开关308a为闭合状态，电机307停转，α＝90°；

α＝270°动作：主腿直角部3电机307反转直至主腿的二号限位开关308b为闭合状态，电机307停转，α＝270°；

β＝90°动作：副腿直角部3电机307正转直至副腿的一号限位开关308a为闭合状态，电机307停转，β＝90°；

β＝270°动作：副腿直角部3电机307反转直至副腿的二号限位开关308b为闭合状态，电机307停转，β＝270°；

夹持动作：固定部1的四个压力传感器106值为A1、A2、A3、A4，|A1-A2|＜i且|A3-A4|＜i；若否，则L＝L+ΔL；再判断。控制部8控制伸缩部4下方的液压动力部6正反转，进而使伸缩部4实现拉伸或缩短。

控制部8控制维保机器人进行作业的方法如下：

(1)维保机器人位于地面，机器人处于上电状态，α＝β＝180°，机载装置9电磁铁902通电，并将电磁铁902与定位部5的圆形永磁铁502对准，通过磁力进行定位，齿轮手904处于锁扣状态，三个齿轮手904紧扣住定位部5的定位基座501，触碰开关903为闭合状态。主腿、副腿的固定部1均为放松状态。

(2)在地面操控手的控制下，无人机升空高度为H后，(H值通过无人机控制部8搭载的GPS模块进行读取)，无人机控制系统与维保机器人控制部8进行通讯，维保机器人主腿进行α＝90°动作，副腿进行β＝90°动作。

(3)地面操控手操作无人机飞至绝缘子串的正上方，将主、副腿的固定部1飞至绝缘子串的最细部(通过机载装置9上的摄像头906进行监测)，固定部1的测距传感器108检测到两个固定手107之间有障碍物(两个测距传感器108测量的障碍物距离值同时变小)，控制部8对主、副腿的固定部1的液压动力部6的动力部电机606进行转动控制，固定部1的固定手107夹住绝缘子串。

无人机控制系统对机载装置9的三个机载电机905进行控制，齿轮手904处于解扣状态，同时无人机控制系统对电磁铁902断电，地面飞控手操作无人机飞离；

(4)α＝β＝90°，固定部1的摄像头906对主、副腿之间的绝缘子进行拍摄，并将画面传输至地面站；

(5)将地面站的遥控器遥控前后，使机器人前进或后退。

A、机器人前进，副腿固定部1放松状态，α＝270°动作，β＝270°动作，副腿固定部1夹持状态，完成前进动作。

若继续前进，主腿固定部1放松状态，α＝90°动作，β＝90°动作，主腿固定部1夹持状态，完成移动；若后退，副腿固定部1放松状态，α＝90°动作，β＝90°动作，副腿固定部1夹持状态，完成移动。

B、机器人后退，主腿固定部1放松状态，α＝270°动作，β＝270°动作，主腿固定部1夹持状态，完成前进动作。

若继续后退，副腿固定部1放松状态，α＝90°动作，β＝90°动作，副腿固定部1夹持状态，完成移动；若前进，主腿固定部1放松状态，α＝90°动作，β＝90°动作，主腿固定部1夹持状态，完成移动。

(6)完成所有绝缘子检测，地面操控手控制无人机飞至维保机器人上方，竖直下降一段高度，在电磁铁902的磁力作用下，机载装置9与定位部5贴合。此时触碰开关903碰到定位部5的定位基座501，齿轮手904处于锁扣状态。地面飞控手操控无人机将维保机器人飞离已检测绝缘子串，飞向下个待检测绝缘子串，并重复(3)至(6)步骤。

(7)所有绝缘子串检测完毕，地面飞控手操作无人机将维保机器人带至地面。

文中，飞控员即操作无人机的操控员，飞控员、操控手意思相同。

Claims (9)

1.一种输配电系统绝缘子维保机器人，包括固定部、调整部、直角部、伸缩部、定位部、液压动力部、监测部、控制部和机载装置，其特征在于：所述固定部、调整部和直角部共两套与伸缩部的前后两端连接，所述固定部与调整部连接，固定部通过调整部相对于直角部转动，直角部与伸缩部连接，伸缩部顶端固定有定位部，液压动力部共三个，监测部固定于固定部侧面，控制部对机器人进行动作和姿态控制，并与无人机通讯，机载装置固定在无人机下端。

2.根据权利要求1所述的一种输配电系统绝缘子维保机器人，其特征在于：所述固定部包括固定基座、方轴缸、方轴弹簧、连接盒、连接上盖、压力传感器、固定手、测距传感器和连接盒弹簧，所述固定基座为拱形，两端与两个方轴缸固定，顶端有圆通孔，侧面固定有基板，所述固定基座在夹持状态时，与绝缘子串的方向垂直，所述方轴弹簧一端与连接盒固定，另一端与方轴缸固定，所述连接盒一端与方轴缸的活塞杆固定，另一端有两个半圆形孔，插入固定手的两个轴，所述连接盒上端与连接上盖固定，所述压力传感器置于连接盒内，一个连接盒内有两个压力传感器，所述固定手前端为弧形抓手面，抓手面正中央固定有测距传感器并与控制部连接。

3.根据权利要求1所述的一种输配电系统绝缘子维保机器人，其特征在于：所述调整部包括调整齿轮轴、调整轴承、固定盖、舵机，所述调整齿轮轴中央为齿轮，上端与直角部的支撑杆固定，下端与调整轴承的内壁过盈配合，所述固定盖与调整齿轮轴的下端固定，所述舵机与控制部连接，舵机输出轴的齿轮与调整齿轮轴的齿轮啮合。

4.根据权利要求1所述的一种输配电系统绝缘子维保机器人，其特征在于：所述直角部包括支撑杆、支撑耳、直角齿轮、蜗杆、蜗杆座、齿轮传动盒、电机和限位开关，所述支撑杆顶端左右两侧各固定一个支撑耳，每个支撑耳上固定有一个限位开关，所述支撑杆下端与调整部的调整齿轮轴固定，所述支撑杆侧面固定有一个液压动力部，所述支撑耳下端有安装孔，与支撑杆固定，支撑耳上部有方形孔，与直角齿轮的方形轴部分过盈配合，进而将直角齿轮与支撑耳固定，所述直角齿轮与蜗杆为蜗轮蜗杆传动，直角齿轮与轴承的内圈固定，轴承的外圈与蜗杆座固定，所述蜗杆座两个凸起处有孔，通过轴承与直角齿轮连接，所述蜗杆座侧面通过轴承与蜗杆连接，其中一侧固定有齿轮传动盒，所述蜗杆座顶面固定有电机，蜗杆座与伸缩部固定，一个直角部包含两个限位开关，分别为一号限位开关和二号限位开关。

5.根据权利要求1所述的一种输配电系统绝缘子维保机器人，其特征在于：所述伸缩部包括一号伸缩座、伸缩弹簧、液压缸、底座和二号伸缩座，所述一号伸缩座一端与两个液压缸的缸体固定，另一端与主腿固定，所述液压缸共两个，并排分布，所述底座固定于液压缸的下侧面，底座下侧面固定有控制部和一个液压动力部，为伸缩部的两个液压缸提供动力。

6.根据权利要求1所述的一种输配电系统绝缘子维保机器人，其特征在于：所述定位部包括定位基座和圆形永磁铁，所述定位基座下表面与两个液压缸侧面固定，上部为圆盘形，圆盘的上表面固定有圆形永磁铁，所述机载装置包括：机载架、电磁铁、触碰开关、齿轮手、机载电机和摄像头，所述机载架固定于无人机下部，电磁铁为环形，固定于机载架的正下方，触碰开关固定于机载架下方的正中央，机载电机共三个，固定于机载架的三个凸起处，所述齿轮手为“C”形，一端有齿轮，机载电机的输出轴与齿轮手通过齿轮啮合传动，无人机的控制系统控制机载装置三个机载电机转动，三个齿轮手扣住定位部的定位基座，此时齿轮手为锁扣状态；无人机的控制系统控制机载装置三个机载电机转动，三个齿轮手转动，离开定位部的定位基座，此时齿轮手为解扣状态，机载架凸起处固定有摄像头。

7.根据权利要求6所述的一种输配电系统绝缘子维保机器人，其特征在于：所述机载装置的电磁铁最大圆直径与定位部的圆形永磁铁直径相同，电磁铁通电时，二者相互吸引。

8.根据权利要求1所述的一种输配电系统绝缘子维保机器人，其特征在于：所述液压动力部共三个，结构相同，所述液压动力部包括动力部缸、活塞丝杆、动力部轴承、动力部齿轮、缸盖和动力部电机，所述动力部缸侧面有两个圆通孔，通过圆通孔将液体输入或输出，侧面固定有动力部电机，所述动力部缸一端封闭，另一端与缸盖固定，所述缸盖中央有圆孔，与动力部轴承外壁过盈配合，所述缸盖与动力部缸固定，所述动力部电机与控制部连接。

9.根据权利要求8所述的一种输配电系统绝缘子维保机器人，其特征在于：所述动力部齿轮一侧有圆环形凸起，动力部齿轮中央为螺纹孔，螺纹与活塞丝杆配合动力部齿轮转动，活塞丝杆在动力部缸的空腔内滑动，所述活塞丝杆一端为活塞，另一端为丝杆，丝杆与动力部齿轮为螺纹传动。